Ряс. 6.20. Метод подвійного тигля

Інший розглянутий спосіб полягає в тому, що однорідний скля­ний стрижень протягом тривалого часу витримують у гарячому со­лоному розплаві, а потім з обробленої таким чином заготовки витя­гають волокно. Іонний обмін, що відбувається між склом і соляним розплавом, зменшує показник переломлення в периферійних об­ластях, що дає необхідний градієнт п.

При осадженні з парової фази може бути досягнуто найкраще світлопропускання, однак є обмеження відносно матеріалу світло­вода (придатний тільки кварц) і довжини безперервного відрізка волокна.

Втрати пропускання в оптичному середовищі обумовлені дією механізмів абсорбції й розсіювання. Абсорбційні втрати пов’язані, насамперед, з поглинанням світла на барвних центрах-іонах домішок, з яких найбільший вплив роблять метали групи мідь — хром.

Ефективні абсорбційні центри утворять іони гідроксильної гру­пи ОН, неминуче присутні з матеріалі світловода.

Втрати на розсіювання залежать, насамперед, від наявності в склі або кварці бульбашок, кристалічних включень-домішок шихти тощо.

Якщо зазначені фактори усунуті, залишається релеєвське роз­сіювання, викликане флуктуаціями щільності або складу матері­алу по об’єму. Ці втрати, що визначають теоретичну нижню межу для світловодів, суттєво залежать від довжини хвилі світла (для кварца до 0,7...1 дБ/км при 1 = 1 мкм і до 4...6 дБ/км при X = 0,85 мкм, трохи більше в багатокомпонентних матеріалах).

Загальна формула, що описує ослаблення світлового сигналу у світловоді:

-®повн ⁼ -®ап ^вп -®фр -^від -^погл>

де В_ап — апертурні втрати, обумовлені розбіжністю апертур ви­промінювача й світловодів; В_вп — втрати пакування, пов’язані з тим, що тільки частина площі торця джгута світловодів зайнята світловедучими жилами. Параметри В_ап і В_вп пов’язані з кон­струкцією кабелю й пристрою уведення випромінювання. Вф_р — френелєвські втрати на відбиття від торців світловодів. У склі з п -1,6 при кутах падіння променів аж до 60° не перевищують -0,4...0,6 дБ. В_від — втрати відбиття на границі жила — оболонка при багаторазових повних внутрішніх відбиттях:

і — частка втрат енергії при одиничному акті відбиття. При

л

% < 10 , що експериментально спостерігається для досить довер­шених границь розділу, можна мати В_від < 0,5 дБ з довжиною во­локна І = 1 км. В_погл — втрати поглинання в матеріалі світло- ведучої жили.

Сума В_т = В_ап + В_вп + Вф_р визначає торцеві втрати, що не зале­жать від довжини світловода.

Якщо вважати, що втрати поглинання в склі, обумовлені різ­ними факторами, незалежними один від одного, справедливе спів­відношення

£_Погл=*(£р +5>г*().

і

де В_р — релеєвські втрати, дБ/км; о_і — питомі втрати для даної домішки: А^_:. — концентрація домішки, %.

Сума В_л = В_від + В_погл являє собою лінійні втрати, пропорційні довжині волокна.

Дисперсія світлового імпульсу при його поширенні по волокну визначається в основному дисперсією скла або залежністю показ­ника переломлення від довжини хвилі й хвилеводною дисперсією, обумовленою розходженням швидкостей для хвиль різних типів, що поширюються. Якщо для простоти використовувати подання геометричної оптики, то другий з названих ефектів пояснюється розходженням шляхів світлового променя уздовж осі світловода й падаючого на торець під деяким кутом (р₀ Очевидно, що дис­персія сигналу буде тим значнішою, чим більше припустиме зна­чення (р₀, тобто числова апертура А₀ .

Конструкція світловодів вибирається не тільки з міркувань до­сягнення мінімуму В і Д£_повн, але й виходячи з ряду інших фак­торів. Зокрема, при вигині волокна, щоб уникнути механічних по­рушень, повинна виконуватися умова

^^г- = І0²...Ю³ І>₂

(І)_виг — подвійний радіус вигина, £>₂ — діаметр волокна).

Високоапертурні скляні волокна з великими втратами пропус­кання виготовляються лише у вигляді багатомодового двошарово­го волокна співвідношенням Р₂/-Оі, ^як правило, меншим 1,1, що обумовлено прагненням до {зменшення втрат пакування В_вп при використанні світловодних джгутів.

Для далекого зв’язку призначені кварцові волокна.

Для коротких ліній зв’язку можуть широко застосовуватися во­локна, за пристроєм і принципом дії подібні до багатомодових ви- сокоапертурних скляних світловодів, але значно товстіші (І>₂ = 250...350 мкм). Полімерні світловоди мають менше світло- пропускання (В_п = 200 дБ/км) і їхня спектральна характеристика задовільна лише до X = 0,85.. ,0,9 мкм. Діапазон робочих темпера­тур не перевищує 60...80 °С, а довгострокова стабільність пара­метрів нижча, ніж у скляних.

Істотною перевагою полімерних світловодів перед скляними є їх більш висока стійкість стосовно іонізуючих випромінювань, простота виготовлення й низька вартість.